不同倍性西瓜植株生長過程中內(nèi)源激素的變化

豆峻嶺 趙勝杰 路緒強 何楠 劉文革

摘要：為了探討不同倍性西瓜植株發(fā)育時期內(nèi)源激素的變化規(guī)律，以同基因型不同倍性（2x、3x、4x）西瓜品種‘蜜枚為供試材料，采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）對西瓜植株生長過程根、莖、葉中生長素（IAA）、脫落酸（ABA）、赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）和油菜素內(nèi)酯（BR）5種內(nèi)源激素含量進行測定分析。結果顯示，葉片中各個內(nèi)源激素的含量均較高，而莖中含量相對較低；IAA、ABA含量在不同倍性西瓜的根、莖、葉中都相對較高，而GA、BR含量相對較低；5種內(nèi)源激素含量在不同倍性間差異不明顯，在各發(fā)育時期不同倍性間有差異。本研究初步闡明了不同倍性西瓜植株發(fā)育過程內(nèi)源激素的變化規(guī)律，為以后深入研究西瓜內(nèi)源激素積累的機制奠定了基礎。

關鍵詞：西瓜；倍性；內(nèi)源激素；不同組織

Changes of endogenous hormones in different ploidy watermelon during plant development

DOU Junling， ZHAO Shengjie， LU Xuqiang， HE Nan， LIU Wenge

（Zhengzhou Fruit Research Institute， CAAS， Zhengzhou 450009， Henan， China）

Abstract： To explore the relation among different hormones， genotypes with different ploidy（2x，3x，4x）watermelon‘Mimeiwere used as materials. In order to clarify the changes of endogenous hormones in different ploidy watermelon during devel？ opmental period， the content of endogenous hormones（IAA，ABA，GA，ZR，BR） in roots， stems and leaves were tested by ELI？ SA（enzyme linked immunosorbent assay） . The results showed that， the endogenous hormone content in the leaves was high？ er， and the content in stems was relatively low during plant development， there has higher content of IAA and ABA in differ？ ent ploidy watermelon plant， while lower content of GA and BR. There has no obvious difference among different ploidy dur？ ing plant development. This study preliminary illustrated the changes of different ploidy watermelon plant， laying a founda？ tion for future research of watermelon endogenous hormone.

Key words： Watermelon；Ploidy；Endogenous hormones；Different tissues

植物激素是指植物細胞接受特定環(huán)境信號誘導產(chǎn)生的、低濃度時可調(diào)節(jié)植物生理反應的活性物質。他們在細胞分裂與伸長、組織與器官分化、開花與結實、成熟與衰老、休眠與萌發(fā)以及離體組織培養(yǎng)等方面分別或相互協(xié)調(diào)的調(diào)控植物的生長、發(fā)育與分化[1]。植物內(nèi)源激素在調(diào)控植物生長發(fā)育過程中起著重要的作用[2]。在刺梨、蘋果和葡萄上研究內(nèi)源激素對坐果及果實發(fā)育的生理作用，可為誘導果實發(fā)育和提高坐果率提供依據(jù)[3-5]。對內(nèi)源激素的研究表明，多種植物激素協(xié)調(diào)作用對調(diào)控梨果實生長發(fā)育起著重要的作用[6]。在草莓中的研究表明，GA3具有促進草莓花芽分化的作用，而IAA則與草莓花芽分化存在一定的負相關[7]。

同時，植物激素也在植株的生長過程中發(fā)揮著重要的作用。生長素、細胞分裂素、赤霉素、乙烯和脫落酸的分布及含量在根的形成過程中起著重要的作用。生長素是促進不定根形成的主要因素，在生長素對根的形成作用中，NO和cGMP是生長素促進不定根形成的信號分子[8-12]。植物激素既可以影響葉的形狀、顏色、大小和厚度，也能調(diào)節(jié)葉的生理周期。研究發(fā)現(xiàn)，白化葉片中的ABA水平明顯低于綠葉，但細胞分裂素水平高于綠葉。雖然細胞分裂素處理能促使白化葉和綠葉氣孔張開，但白化葉對細胞分裂素的敏感程度低于綠葉，因此，未受損傷的葉綠體或葉綠體基因的表達對細胞分裂素處理的響應是必需的[13]。同時，植物莖的長短、粗細與生長素、細胞分裂素、赤霉素、油菜素內(nèi)酯和乙烯等有關。內(nèi)源激素對莖的調(diào)控表現(xiàn)在2個方面：一是內(nèi)源激素水平調(diào)控，即通過內(nèi)源激素的合成或降解調(diào)控莖的生長；二是借助植物激素之間的相互作用調(diào)控莖的長短、粗細[14]。

西瓜（Citrullus lanatus）中植物激素的研究相對較少，關于西瓜無籽變異株以及普通西瓜雄性不育系中內(nèi)源激素的變化都有一定的報道[15-16]；劉世琦[17]通過外源激素處理誘導了西瓜的單性結實。在不同倍性西瓜果實發(fā)育過程中，多倍體西瓜果實發(fā)育過程中IAA含量大于其同源二倍體，ZR、BR含量在不同倍性西瓜果實發(fā)育過程中一直較低，且不同倍性間的差異較小，說明倍性的增加對這兩種激素的影響較小[18]。多倍體相對于其同源二倍體在遺傳及表型上有很大的優(yōu)勢。一般認為，植物營養(yǎng)器官性狀的變化與基因的劑量有關，隨著基因拷貝數(shù)的增加及基因轉錄產(chǎn)物量的變化，植物的一些性狀也發(fā)生相應變化[19]。多倍體西瓜果皮厚度及各組成部分的厚度均大于二倍體[20]，多倍體西瓜含糖量以及功能性成分含量也都高于其同源二倍體[21-22]。但對于多倍體西瓜植株發(fā)育過程內(nèi)源激素含量的變化還未見報道。

本研究中以同基因型不同倍性的西瓜品種‘蜜枚為試材，對其生長發(fā)育過程中植株根、莖、葉中內(nèi)源激素含量的變化進行測定，并分析他們之間的相關性，以期為今后西瓜栽培生理的研究以及多倍體西瓜育種提供借鑒。

1材料與方法

1.1材料

以同基因型不同倍性（2x、3x、4x）西瓜品種‘蜜枚為供試材料，春季開始播種，試驗材料采于中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所中牟縣多倍體西瓜試驗田，分別在苗期（2葉1心時）、伸蔓期（植株開始匍匐生長）、花期（雌雄花開始大量開放）和成熟期（果實達到成熟）取植株的根、莖、葉材料。對各個時期每個倍性的3株長勢相同的植株進行取樣，樣品立即投入液氮冷凍。每個樣品設3次重復。

1.2方法

稱取1.0 g樣品，加入4 mL內(nèi)含100 mg PVP（聚乙烯吡咯烷酮）的80%甲醇提取液，弱光冰浴研磨、勻漿，轉入10 mL離心管，置4℃下提取4 h，1 000×g離心15 min，取上清液，過Sep-PakC18柱純化2次，濾液定容至1.5 mL。參照劉丙花等[23]和豆峻嶺等[24]的酶聯(lián)免疫分析方法（ELISA）測定樣品中的生長素（IAA）、脫落酸（ABA）、赤霉素（GA）、玉米素（ZR）和油菜素內(nèi)酯（BR）含量（以鮮質量計）。樣品測定設3次重復。試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學化控室提供。

試驗數(shù)據(jù)用Excel、SPSS軟件進行標準誤差分析。

2結果與分析

2.1不同倍性西瓜根莖葉中IAA含量的變化

由表1可知，不同組織中IAA含量相差較大，整體上莖和葉中IAA含量要高于根，而不同發(fā)育時期IAA含量變化也不相同，根在整個發(fā)育時期IAA含量幾乎不變化，一直維持在100～200 ng·g-1的水平，只是在后期有所升高；莖中苗期和伸蔓期IAA含量較高，到花期和成熟期有所降低，但是還高于根中IAA含量；2x葉中IAA含量逐漸降低，3x葉中IAA含量幾乎保持不變，4x葉中IAA含量逐漸升高。在各個發(fā)育時期不同倍性間的差異也有所不同，根中不同倍性間的差異較小；莖中苗期、伸蔓期和花期都是2x中含量最高，成熟期4x含量最高；葉中變化趨勢和莖相同，苗期、伸蔓期和花期都是2x中含量最高，成熟期4x含量最高。

2.2不同倍性西瓜根莖葉中ABA含量的變化

如表2所示，ABA含量在根、莖、葉的含量差異較大，整體幾乎都表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢，在成熟期達到最大值。不同組織中苗期整體上表現(xiàn)為葉中ABA含量最高，莖中含量次之；伸蔓期莖中含量最高，而花期和成熟期根、莖、葉中ABA含量都達到最高值。不同倍性的根中ABA含量差異各不相同，苗期、伸蔓期和花期均為4x最大，而在成熟期2x中最高；莖中成熟期也為2x最高，伸蔓期和花期不同倍性間的含量差異較?。幻缙?x葉中的含量最高，成熟期則為2x最高，伸蔓期各個倍性間的差異不大，花期也是4x最高。

2.3不同倍性西瓜根莖葉中GA含量的變化

如表3所示，不同組織中GA含量在整個發(fā)育期都表現(xiàn)為葉中含量最高，莖中含量次之，根中含量最低。相對于IAA、ABA含量，GA含量在各組織中較低，整體一直維持在較低的水平。而不同發(fā)育時期各組織中GA含量幾乎都是在前期較大，后期有所減小，在成熟期GA含量達到最低值。不同倍性的各個組織間的差異也各不相同，苗期根和葉在不同倍性間含量的差異均為2x中含量最高，莖中為3x含量最高；伸蔓期根和莖不同倍性間GA含量均為3x最高，2x、3x葉中GA含量相差不大，但都大于4x；花期根中的各個倍性間的含量較低，3x中GA含量相對較高，莖中GA含量均為2x最高；成熟期根和葉中GA含量均為4x最高，而莖中2x最高。

2.4不同倍性西瓜根莖葉中BR含量的變化

如表4所示，整體上葉在各個發(fā)育期BR含量都是最高的，莖次之，根中BR含量最低。和果實中BR含量的變化趨勢一樣，整個發(fā)育時期它的含量變化不大，維持在一定水平，只有莖中BR含量表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，苗期含量最高，成熟期最低。不同倍性間BR的含量也相差不大，根中各個倍性各個發(fā)育時期BR含量幾乎都維持在20 ng·g-1～30 ng·g-1左右；莖中雖然整個發(fā)育時期BR含量逐漸降低，但每個時期不同倍性間的差異不大；苗期和伸蔓期3x葉中BR含量最高，花期2x葉中含量最高，成熟期4x葉中含量最高。

2.5不同倍性西瓜根莖葉中ZR含量的變化

如表5所示，整體上葉在各個發(fā)育期ZR含量都是最高的，莖次之，根中ZR含量最低。在整個發(fā)育過程中根、莖、葉中ZR含量的變化趨勢不明顯，都維持在一定的水平。而不同倍性間ZR含量有一定的差異，苗期根和葉中ZR含量均為3x最高，莖中3x、4x的差別較小，但ZR含量都大于2x；伸蔓期根中ZR含量在2x和4x間相差較小，大于3x，莖中為2x>3x>4x，葉中為3x大于2x和4x，而2x和4x中含量相差不大；花期根和葉中ZR含量都為3x最高，莖中ZR含量為2x最高；成熟期2x根中ZR含量最高，各個倍性莖中的含量相差不大，3x略高，2x葉中ZR含量最高。

3討論與結論

西瓜根、莖、葉中幾種內(nèi)源激素含量的最大值都出現(xiàn)在花期或成熟期，這2個時期也是植株快速生長的時期，可能是植物內(nèi)源激素的大量積累促進了植株的快速生長。葉片是整個發(fā)育過程中內(nèi)源激素含量最高的組織，在所測定的組織中，葉片的生長最旺盛，這可能說明了內(nèi)源激素的大量積累促進了葉片的快速生長，這和葉梅榮[14]的研究結果相一致。在所研究的5種內(nèi)源激素中，IAA含量在前期的較高，而ABA和ZR含量在后期較高，BR和GA含量在整個發(fā)育期都維持在一個較低的水平，這也說明了激素調(diào)控植物生長發(fā)育的復雜性[25-26]。不同發(fā)育時期，根和葉中各個內(nèi)源激素的含量幾乎都在花期達到最大，而莖中各個激素的含量大多在成熟期達到最大，這可能與莖的特殊性有關。莖具有輸導營養(yǎng)物質和水分以及支持葉、花和果實在一定空間的作用，前期莖向葉片以及西瓜果實輸送營養(yǎng)物質，當西瓜果實成熟時植物莖中才開始積累較多的內(nèi)源激素。植物發(fā)育后期會積累大量的營養(yǎng)物質，此時，細胞體積變化緩慢，細胞內(nèi)開始積累大量有機物[20]，本研究中GA、ABA、ZR在花期和成熟期都有較大的積累量，且西瓜果實的營養(yǎng)物質在這段時間也迅速積累[24]，這可能與該時期西瓜從生殖生長向營養(yǎng)生長的轉變有關。

多倍體西瓜植株發(fā)育過程中IAA含量大于其同源二倍體，這說明倍性的增加可能造成了IAA含量的增加；倍性的增加會造成西瓜植株生長延后，這也可能是IAA含量在多倍體西瓜植株中增加的原因。而GA、BR含量在不同倍性西瓜果實發(fā)育過程中含量一直較低，且不同倍性間的差異較小，說明倍性的增加對這2種激素的影響較小。究其原因，可能是染色體人工加倍形成的同源多倍體中與這2種激素相關的基因變異較小[19，27]，受等位基因劑量效應、轉錄因子數(shù)量和遺傳的影響，某些基因的表達在同一物種不同倍性之間存在一定的差異，這可能也解釋了倍性的增加對不同激素造成的差異有所不同的原因。有研究證明GA有促進IAA產(chǎn)生的作用[28-29]，而本研究中沒有得到相關結論，不同倍性西瓜植株GA與IAA在發(fā)育過程中沒有必然的相關性。GA含量在不同組織不同倍性間一直處于較低水平，而IAA含量一直處于較高的水平。我們推測，GA可能對西瓜植株根莖葉生長的影響較小，而含量相對較高的其他激素彌補了GA含量的不足，這和張勇[16]在無籽西瓜變異株上的研究結果相一致。本研究中IAA、ABA含量在多倍體中都有所增加，且在發(fā)育后期他們的積累量明顯多于前期的積累量，這可能是因為倍性的增加造成了植株生長發(fā)育的延遲，從而造成了激素含量的變化。

大量研究表明，細胞分裂的速度和時間與細胞分裂素水平成正相關，細胞體積大小與細胞膨壓和赤霉素水平密切相關，赤霉素和生長素在促進細胞生長和體積增大方面有重要作用。植物激素對果實生長發(fā)育的調(diào)控是一個很復雜的過程，該過程不僅取決于某一種激素的消長及其絕對濃度的變化，內(nèi)源激素間的相互平衡及相互間的協(xié)同作用也顯得更重要[25]。植株的生長環(huán)境也是影響植物內(nèi)源激素的一個重要因子，本研究所采用的植株都是在同樣的生長環(huán)境中進行的，避免了試驗的誤差。同時激素的調(diào)控途徑也與類胡蘿卜素以及植物內(nèi)許多營養(yǎng)物質的合成途徑相互聯(lián)系[26]。因此植物體內(nèi)的激素合成以及他們對植物生長發(fā)育的調(diào)控是一個相互聯(lián)系的整體。

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